宇宙是“人为制造”的？为(wèi)何会存在科学无法解释的“暗物质”？暗物质(zhì)又(yòu)究竟是什么？人类为了寻找(zhǎo)暗(àn)物质存在的证据，科学家(jiā)们在(zài)过(guò)去的几十年当中(zhōng)进行了超过50次的(de)长(zhǎng)期实验，但是(shì)却没有(yǒu)发现(xiàn)任何的有效证据。除了一个地方，在1687年出版的自然哲学(xué)数学(xué)原理一书(shū)中，埃萨(sà)克牛顿发(fā)表了万(wàn)有引力定律，它(tā)揭(jiē)示了(le)宇宙中天体运动的规律。往(wǎng)后(hòu)的几(jǐ)百年(nián)来，当天文学家们发现某些天体运行(xíng)轨(guǐ)道出现异常，不符合万(wàn)有引力定律的时候(hòu)，他们就(jiù)会知道，周(zhōu)围一(yī)定有未知的天体通过引力在摄(shè)动它的(de)轨道(dào)。比如在1846年，奥(ào)本(běn)勒维耶就通(tōng)过天王星运行(xíng)轨道的异常，推算并且发现(xiàn)了海王星的存在(zài)。另外，哈雷彗星、冥王星(xīng)的发现(xiàn)都是(shì)应用万有引(yǐn)力定律所取得重大(dà)天文(wén)成就的例(lì)子。但是这(zhè)些发现都是在恒星系统的尺度当(dāng)中(zhōng)，可当我们上升到星系或者是星团的尺度，事(shì)情就开(kāi)始变得诡异了。

1933年，瑞士的物理学家弗里茨(cí)兹威基正在研(yán)究和测(cè)量后发(fā)星系(xì)团的质量(liàng)。这(zhè)是一个(gè)由数千(qiān)个星系所(suǒ)组成(chéng)的巨大(dà)星系团，这些(xiē)星(xīng)系(xì)被引力束缚在一起。测量星系团(tuán)的质量一(yī)般会使用到两种方法(fǎ)，当两种方法结果一致(zhì)，就可以确定其质(zhì)量的范围(wéi)。

第(dì)一种是获得(dé)其"光度(dù)学的质量"，需要的数据(jù)是测量各个星系的光度(dù)。

第(dì)二(èr)种是动力学质量的计算，是利用光谱红移测量(liàng)星系团中的各个星系相对于星系(xì)团的(de)运(yùn)动速度(dù)。当测量(liàng)结(jié)果出来之后，兹威基彻底(dǐ)懵了(le)，“动力学质量(liàng)”竟然是(shì)“光度学质量”的400倍。这意味着(zhe)，后发座星系团有99%的质(zhì)量消(xiāo)失了(le)，或者说(shuō)这99%的质量(liàng)并不以(yǐ)可见光的形(xíng)式所存在(zài)，我(wǒ)们无法看到(dào)。最诡异(yì)的是，在测量速度的过程(chéng)中，兹威基发现星系团中很(hěn)多星系的速(sù)度比理论上(shàng)要快得多，按(àn)照(zhào)牛顿的运动学定律，仅靠这些可见(jiàn)星系的(de)质(zhì)量所产生的引力是无法将(jiāng)它们束缚(fù)在星系团内的，它(tā)们(men)早(zǎo)就(jiù)应该(gāi)被抛出星(xīng)系团之(zhī)外了(le)，除非有一种神(shén)秘的力量在(zài)起作用，这种(zhǒng)力量来(lái)源于某种(zhǒng)隐形(xíng)的物质。

据此，兹维基(jī)提(tí)出了这样部(bù)分不(bù)可(kě)见的暗质，它不发散光、吸光、反射光，但是它们却占据着宇(yǔ)宙中绝大(dà)部分(fēn)的质(zhì)量。只是当(dāng)时的人们对这样的(de)一种(zhǒng)说法不(bù)屑一(yī)顾(gù)。

直到40年(nián)之后，“暗(àn)物质(zhì)”这个词才再一(yī)次出现。天文(wén)学家维(wéi)拉鲁宾(bīn)和肯特福特在观测仙女座星系(xì)中的恒(héng)星运动(dòng)。理论上来说，距离中心越(yuè)远的(de)恒星在其轨道上的运行速(sù)度就会越慢。但是他们观测(cè)的(de)结果却让人感到不可(kě)思议。

随着与中(zhōng)心(xīn)距离的增加，恒星的旋(xuán)转速度(dù)几乎保持不变。可是根据牛顿的万有(yǒu)引(yǐn)力定律，在星系(xì)当(dāng)中如果没有足够大的质量来吸引(yǐn)它们(men)，这(zhè)些外围的恒星早就被(bèi)甩到宇(yǔ)宙当中了。基(jī)于这(zhè)种现(xiàn)象，科学家(jiā)们会使用一种相对(duì)标准的方法(fǎ)来解释暗物质的存在，这种(zhǒng)方(fāng)法就是(shì)测量星系当中气体(tǐ)在X轴(zhóu)上距离星系中心(xīn)的距离，以及在Y轴上气(qì)体(tǐ)的旋转速(sù)度(dù)。如果出(chū)现异常的(de)结果，就认(rèn)为是由(yóu)暗(àn)物质的力量进入其中(zhōng)。

于是科(kē)学家们通过射电望远(yuǎn)镜(jìng)测量了距离星系中心更(gèng)远距离的氢(qīng)元(yuán)素，发(fā)现它们的旋(xuán)转速度并不(bù)符合牛顿(dùn)的力学定律(lǜ)。我们的太阳(yáng)系也不例外，太(tài)阳系位于银河(hé)系的第三悬臂之上，距离银河系中(zhōng)心2.6万(wàn)光年(nián)，根(gēn)据万有引力定律进(jìn)行计算(suàn)，太阳系的运(yùn)行速(sù)度应该是160千米(mǐ)/秒，但实(shí)际上，太阳(yáng)系正在以220千米/秒的速度围绕(rào)银河系旋转，这个实(shí)际速度远(yuǎn)远大于(yú)理(lǐ)论(lùn)速度，那(nà)么产生以上这(zhè)种向(xiàng)心(xīn)加(jiā)速(sù)度(dù)的原因很可(kě)能就是存(cún)在着一种我(wǒ)们看不到的物(wù)质，是这些暗(àn)物(wù)质的(de)引力效应(yīng)将(jiāng)星系聚集在了一起。

也是从(cóng)这时开(kāi)始，越来越多的研究(jiū)人员开始(shǐ)相信暗物质的存(cún)在。科(kē)学(xué)家根据星(xīng)系外恒星轨道的速度，估算在星系当中暗物质的质量占(zhàn)整(zhěng)个星系质(zhì)量的85%。但(dàn)是(shì)，暗物质并不(bù)是唯(wéi)一(yī)可以解(jiě)释这个现(xiàn)象的原(yuán)因(yīn)。在一项新的研(yán)究(jiū)当(dāng)中，科学家(jiā)们发(fā)现(xiàn)，几乎(hū)没有引力效应的遥远(yuǎn)恒星之间(jiān)，也会(huì)出现(xiàn)速度上的(de)微小差异。另外，天文学家还发现(xiàn)了一个反常的星系，叫(jiào)做Agc114905。这个星系距离地球大(dà)约2.5亿光年，大小和银(yín)河系不多，但是星系当中存在的(de)恒星数量却(què)只有银河系的千分之(zhī)一(yī)。

所以在理(lǐ)论上，该星系必须存在暗物质(zhì)，否则就会分(fēn)崩离析。但是科学家们使用(yòng)最先进的(de)望(wàng)远(yuǎn)镜对其进行了40个小时的详细(xì)测量之后，发现星系中(zhōng)的恒星运动是可以用正(zhèng)常的物质和力学(xué)定律来(lái)解(jiě)释的。那么(me)又有人(rén)提出，也许该星(xīng)系的暗物质，已经被(bèi)附(fù)近(jìn)的另一个大星系剥(bō)离了。奇怪(guài)的(de)是，它的附近没有任(rèn)何(hé)星(xīng)系存在。造成这些现象(xiàng)的除了暗物质的(de)假说之(zhī)外，另一种可能就(jiù)是人类(lèi)对引(yǐn)力(lì)的理解还不(bù)够(gòu)全面，引力很可能在(zài)不(bù)同(tóng)尺(chǐ)度(dù)空(kōng)间中的工作方式(shì)是不同的(de)，这意味着(zhe)在行(xíng)星系尺度中的天体会沿着它们的轨道(dào)，按照我们所理解的方式运动。但是(shì)上(shàng)升到星系(xì)和星团的尺度，引力之(zhī)间(jiān)的(de)相互作(zuò)用则(zé)是不同的方式。对(duì)于在(zài)星系团(tuán)之(zhī)间(jiān)的相互作用(yòng)，科学家还引入了外部场效应的概念(niàn)，指的是在(zài)数百万光年的规(gu电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决ī)模上，巨大(dà)的(de)质(zhì)量之间会产生对(duì)彼此(cǐ)特(tè)殊(shū)的效果，这个理(lǐ)论叫做MOND蒙(méng)德理(lǐ)论。如果MOND蒙(méng)德(dé)理论成(chéng)立，这意味着我们(men)需要对(duì)现在的物理定律进行(xíng)修正，这(zhè)些发现(xiàn)也让很多人认为暗(àn)物质假(jiǎ)说理(lǐ)论就此终结。但是(shì)在宇宙(zhòu)当中还有关于暗物(wù)质存在的其(qí)他的理论证(zhèng)据，这些理论证(zhèng)据是(shì)蒙德(dé)理论所没法解释的(de)“引力透镜”。

径向距离为37亿光(guāng)年的子弹星(xīng)系(xì)团(tuán)，由两个碰撞的星(xīng)系团所组成，类似(shì)这样(yàng)的星团，它们(men)大部分的普通质量都在(zài)星系(xì)的气(qì)体当中(zhōng)。当星团(tuán)以1000万公里/小时发(fā)生碰撞的时候(hòu)，星际气(qì)体的相互作用就会导致温度的急剧升高，速度大幅(fú)降低。所(suǒ)以(yǐ)在理论上，在碰撞之后，子弹星系团大部分的质量将位于所有这(zhè)些气体所(suǒ)在的中间区(qū)域。那么我(wǒ)们通(tōng)过什么来验证它的质量区域到底是不是集中在中间(jiān)呢？前不久(jiǔ)，詹姆斯韦伯太空(kōng)望远(yuǎn)镜传回了(le)宇宙当中第(dì)一张全彩(cǎi)的高(gāo)清照片，在照片中我们(men)可以明显地看到(dào)很多星系(xì)似乎被拉伸产生了巨大的形变。其实(shí)这些星系本身并(bìng)不是(shì)真的(de)被扭曲了，也不是韦伯(bó)望远镜出了(le)什(shén)么(me)问题，而是这样极(jí)遥远的(de)天体和我(wǒ)们(men)地球(qiú)上的观测(cè)者之间。被(bèi)一个质量超级巨大的天体遮挡，这个超大质(zhì)量的东西(xī)的(de)引力(lì)，会使身后(hòu)更遥远星系的光都发生了扭曲。这个现象就是引力透镜效应。这个(gè)巨(jù)大(dà)的天体可(kě)能是超(chāo)大质(zhì)量的黑洞(dòng)或(huò)者是暗(àn)物质。

所以当人们对子弹(dàn)星(xīng)系团观(guān)测(cè)的(de)时(shí)候，发现它(tā)的大质量区(qū)域(yù)并不是在中间，而是(shì)在两(liǎng)侧。所(suǒ)以最好的解(jiě)释方法就是(shì)当星(xīng)团发生全部的碰撞时，可被观测到的质量气(qì)体被卡在了中间，暗物质(zhì)则直(zhí)接通过了这(zhè)个区域，并在两边形成了引力(lì)透镜。对子弹星系(xì)团(tuán)的引力透(tòu)镜研(yán)究也被认为是暗物质存在的迄今(jīn)为(wèi)止(zhǐ)最好的理论证据(jù)。

除此(cǐ)之外，还(hái)有来(lái)自宇(yǔ)宙(zhòu)当中最(zuì)古老(lǎo)的光(guāng)。从宇宙大爆炸开始，38万年之后，可(kě)见光终于可(kě)以畅通无阻(zǔ)地穿越(yuè)在宇宙当中了。经过了130多亿年之(zhī)后，这些光在(zài)宇(yǔ)宙空间背景上留下(xià)了各相(xiāng)同性(xìng)的微波(bō)辐射。其(qí)中红色的部分表示温度较高(gāo)的区域，蓝色则表示(shì)相对较冷的区域，但(dàn)实际上它们之间(jiān)的温差只有万分(fēn)之一。

科学家们通(tōng)过对前景背景分离(lí)后的二值图像进行连通域提取(qǔ)和(hé)标记之(zhī)后发现，如果宇宙当中没有暗物质，图形(xíng)看电冰箱嗡嗡响是怎么回事，冰箱噪音大嗡嗡作响怎么解决起来(lái)不应该是这样的，而随着暗物(wù)质的增加，一些(xiē)峰值的(de)幅度(dù)会减小，才变得看起来“和谐”。为了匹配宇(yǔ)宙微(wēi)波背景辐(fú)射的测量值，我们需要的暗物(wù)质大约是普通物质的5倍。这个数字与解释星系当(dāng)中恒星运动所需要的暗物(wù)质(zhì)比例是一致的(de)。这就意(yì)味着。

用(yòng)了一个简(jiǎn)单(dān)的(de)理论框架(jià)，就很(hěn)好地解释了(le)很(hěn)多不同的(de)观测(cè)结果。而暗物质(zhì)的本质就是宇(yǔ)宙当中存(cún)在着某种类(lèi)型的粒子(zi)，它们不参与任(rèn)何其他的电磁作用，只通过引(yǐn)力来相(xiāng)互作(zuò)用。所以如(rú)果(guǒ)能够找到这(zhè)种粒子的存在，就相当于找到了(le)暗物质存在(zài)的实际证据(jù)。这种粒子(zi)到底(dǐ)是什么(me)？科(kē)学家们(men)已经提出(chū)了数十种(zhǒng)的假想目标，而要(yào)寻找这(zhè)些不同(tóng)的(de)目标粒子所(suǒ)需要的实验方(fāng)式也不(bù)相同。在过去的几十年当(dāng)中，人类为(wèi)了寻找(zhǎo)这(zhè)些看(kàn)不(bù)见、摸不到，几乎不会与常规(guī)物质相互作用(yòng)的“暗(àn)物(wù)质”，科学家们已经进行了超过50次(cì)的实验，却(què)没有(yǒu)任何实(shí)质(zhì)性的发现，除了一个地方，意大利(lì)的格兰萨(sà)索山，隶(lì)属于阿尔卑斯山(shān)脉。

在(zài)山下1400米(mǐ)处的地(dì)下(xià)矿井当中，藏(cáng)着(zhe)地球上(shàng)最大的地学实验室(shì)，这个(gè)实验室叫(jiào)“DAMA/LIBRA”。这里(lǐ)有一个三层楼高的探测器，一直(zhí)致力于寻找暗(àn)物质粒子的周(zhōu)期性震荡。

自1997年以(yǐ)来，这里的科学家声(shēng)称(chēng)观测到(dào)了(le)某种信号。经(jīng)过(guò)了20多年的(de)数据收集，人们发现(xiàn)了一(yī)个(gè)有(yǒu)趣的(de)事情。探(tàn)测率(lǜ)会在每年的6月份达到峰值(zhí)，然后在(zài)11月降到(dào)最(zuì)低，而且在(zài)20年(nián)当中每(měi)年(nián)都是(shì)一样。一些科学家认为(wèi)这可能是人类发现暗(àn)物质的第一个直接证据。

但是为什么暗物质会产生周期性的年度信(xìn)号呢？刚才我们讲了太阳系正在以220公(gōng)里/秒的速度围绕着银河系进行移动(dòng)，那么如果暗(àn)物质存在(zài)宇宙当(dāng)中，这(zhè)意味着我们(men)也在(zài)以(yǐ)这(zhè)样的(de)速度在(zài)穿越着暗(àn)物质(zhì)流(liú)，这(zhè)个过程中会产(chǎn)生相(xiāng)应的(de)振荡，同时(shí)地球又(yòu)以30公里/秒的(de)速度围(wéi)绕太阳进行旋转。所以有半年的时间，地球(qiú)围(wéi)绕太阳的方向与太阳环绕银河系的方向是一致的(de)，而另外半年(nián)则与之相反。

而在6月(yuè)份的(de)时(shí)候，地球与太阳的方向正好(hǎo)达(dá)到完(wán)全一(yī)致，这是理论上地球(qiú)穿越暗物质(zhì)流最(zuì)快的时(shí)段(duàn)。而在11月份(fèn)，又恰好(hǎo)达到了最(zuì)慢值。尽管(guǎn)在(zài)实际的(de)情况中(zhōng)，太阳系相对银河系的平面呈现了60度(dù)的倾斜，但(dàn)是这并不影响这(zhè)个理(lǐ)论的有效性。

因此科学家(jiā)认(rèn)为这可以用来解(jiě)释，研究人员们所观(guān)测到的周期(qī)性信(xìn)号。当然也(yě)可能有(yǒu)其他(tā)的情况，造成这种年度周期信号的差异(yì)也可能是(shì)温度、湿(shī)度、土壤中(zhōng)的水分、高山(shān)上的积雪，甚至连意(yì)大利游客的(de)数量也符合这(zhè)个(gè)周期的(de)规律。

所以，科学(xué)家们又在南半球建立了(le)一个几乎相(xiāng)同的实验(yàn)室，这(zhè)里的季节与(yǔ)之前(qián)的实验室正好相反，而在这里，地球穿过暗物质流的(de)运(yùn)动(dòng)特(tè)征和第一个实验(yàn)室是(shì)一(yī)样(yàng)的。

因(yīn)此，如果在这里可以得到相同(tóng)的信号，就(jiù)可(kě)以成为(wèi)暗物质所存在的非常(cháng)有力的证据(jù)了。但是由于(yú)这个实验室刚刚建成不久，所以截至目前(qián)还无(wú)法提供相应的数据(jù)支持。另外，在2025年，NASA将会发(fā)射一台新的(de)望远镜，这台太(tài)空望远镜叫(jiào)做(zuò)“南希格雷斯(sī)罗曼”，它的主镜(jìng)大小跟哈勃望(wàng)远镜相同，但它的(de)宽视场(chǎng)仪器提供(gōng)的视野是哈勃(bó)红(hóng)外仪器的(de)100倍。南希(xī)格雷(léi)斯罗曼太空(kōng)望远(yuǎn)镜(jìng)其(qí)中一个关(guān)键的(de)用途就(jiù)是探索暗物质背后的(de)奥秘，对(duì)于探测的结果，我们只能(néng)拭目以待了。费(fèi)米实验室粒子天体物(wù)理中(zhōng)心(xīn)的(de)科学家丹琥珀和贾森(sēn)斯特芬研(yán)究(jiū)发现(xiàn)，如果暗(àn)物质存在，它们极有可(kě)能拥有(yǒu)另一种(zhǒng)神秘的效(xiào)应，这(zhè)种(zhǒng)暗物质效应，会支持宇宙当中生命的诞生，或者说(shuō)是生(shēng)命进化的(de)一(yī)个重要(yào)因素(sù)。

如果这一理论得到进一步的证实，那么(me)遍布宇宙当(dāng)中的(de)暗物质会不会意味(wèi)着人类(lèi)并不孤单呢？或(huò)许在宇宙当(dāng)中某个角落的(de)行星上(shàng)，暗物(wù)质(zhì)正在(zài)通过这样的效应创造生命。当(dāng)然，这些(xiē)推(tuī)论的大(dà)前提是要先找到(dào)暗物质存在的实(shí)际证据(jù)。那么小伙伴们，你们觉(jué)得(dé)暗(àn)物质到底(dǐ)存(cún)不存在呢？喜欢请点赞，你的支持是(shì)我更(gèng)新的动力！

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